城市轨道交通AFC系统票卡结构及固定流程设计

王 琮

（天津市地下铁道运营有限公司，300222，天津∥工程师）

城市轨道交通AFC系统票卡结构及固定流程设计

王 琮

（天津市地下铁道运营有限公司，300222，天津∥工程师）

基于现有技术，AFC（自动售检票）系统很难实现票种的快速设计和发行。针对现有车票卡片结构设计以及票种处理方式的不足，提出了全新的卡片类型结构设计思路和车票交易处理流程设计原则。将票卡类型参数划分为6个区组，并通过各区组的信息组合实现票种信息描述。避免了新增票种带来的各类开发问题和成本压力，可帮助运营公司节约大量的开发费用，以有效缩短新增票种上线时间。

城市轨道交通；自动售检票系统；票种卡结构；交易流程；模板参数

Author＇s address Tianjin Metro O&M.Co.，Ltd.，300222，Tianjin，Chian

国内城市轨道交通行业普遍采用自动售检票（AFC）系统来实现营运现金监管和客流分析等功能。AFC系统一般采用非接触IC卡作为车票介质，通过读卡器和票务规则来实现不同票制和票价的功能需求。但是，现有车票结构技术很难快速实现新增票种的设计、测试和发行。随着城市轨道交通网络的扩大，此类工作的经济成本和时间成本都难以被接受。针对现有车票卡片结构设计以及票种处理方式的不足，本文讨论全新的卡片类型结构设计思路和车票交易处理流程设计原则，以避免新增票种带来的各类开发问题和成本压力。

1　设计思路

现有票卡类型采用编码方式配合交易流程实现票种的处理。这需要复杂的规划和设计。这种开发方式不能帮助需求主体掌握需求开发的核心要素，也不能摆脱开发商的技术束缚。因此，本文提出以票卡参数模板和固定交易流程算法取代原有编码方式，通过设置1组参数和交易流程来实现各类票种的动态开发。这便于业主自主设计车票种类，以满足轨道交通运营过程中对票种的各种变化需求。

票卡类型参数模板将覆盖各种票卡类型的交易特性（如更新方式、车票价格和折扣等）。通过归纳不同类型票卡的使用特点，可将车票类型的特征提取出来，形成条件特征集合，并制定条件特征参数模板。票卡类型根据实际使用特性的主、辅功能划分。票卡设计主卡和子卡两个逻辑信息区。主卡对应公共交通信息处理，子卡对应轨道交通专用信息处理。票卡类型参数模板经交易特性分解归纳后，主要由公共信息组、卡类型编码组、有效期组、主卡现金区组、子卡乘次有效期组、子卡现金区组等6个关键信息区组成。票卡类型参数模板最终将以通用参数字段的形式规划入票卡结构中去。

通过组合现有各类型交易流程的关键步骤，建立一套完整的固定票卡交易流程算法模型。该模型可根据票卡类型的参数模板信息计算出当前票卡的唯一交易处理分支路径，以实现各类票种的统一处理。交易流程包含卡片逻辑处理主流程、主卡逻辑处理流程和子卡逻辑处理流程。交易流程在读卡器完成车票合法性验证且读取车票信息后开始执行。

由于实际应用中的交易流程会涉及多种AFC系统设备的交易，为了突出交易流程算法模型设计思路，本文以闸机进、出站交易流程设计为示例，其它流程可以此参考设计。

2　票卡类型参数结构

票卡类型参数结构是在原有相关标准对票卡类型描述的不足的基础之上进行更加详细的定义。票卡类型的存储空间可根据实际情况设计，并不改变票卡的其它结构设计。故只需对票卡类型结构进行详细讨论，票卡中的其它字段信息仍按相关标准设置。

由于现有轨道交通车票的使用需求繁杂，故票卡的类型结构会非常复杂。为了便于分析和设计将票卡类型参数划分为公共信息组、卡类型编码组、有效期组、主卡现金区组、子卡乘次区组、子卡现金区组等6组。通过各区组信息属性的组合来实现票种的信息描述。主卡和子卡的设计是提供卡片行为优先级使用，子卡的优先级高于主卡，子卡的有效期依赖主卡。

（1）公共信息组。用于设定车票类型结构的通用信息，描述关键状态和特殊标志。该区域信息不区分主卡和子卡类型。

（2）卡类型编码组。用于表示车票类型的编码参数，是车票类型的关键标识，是交易过程的关键信息。由主卡类型编码和子卡类型编码，组成不可重复的唯一卡类型编码。

（3）有效期组。分别设定主卡类型和子卡类型的最长使用期限，以及有效期延长的规则和允许延长有效期的设备等。主卡和子卡分别设计有效期参数。主卡有效期级别高于子卡有效期，主卡有效期过期则卡片过期。

（4）主卡现金区组。存储当前卡片内钱包现金信息，以及卡片充值和发售时所必须的参数信息。现金余额和余额标志可改写，并设有余额冗余保护。

（5）子卡乘次区组。并不存放现金余额等信息，而仅对应特殊需求。乘次方式是用于不采用计程收费制的一票制收费模式，不计里程只记进出站次数。这一区组记录子卡钱包中乘次相关信息，以及充值和发售时所必需的参数信息。员工票的设计就是在这一区组实现的，且增加了使用区段信息。

（6）子卡现金区组。作为主卡折扣类型的补充设计。

由于篇幅所限，无法表示全部信息组的参数类型设计，仅以下文使用到的公共信息组、卡类型编码组和有效期组为例简要描述（见表1～表3）。为了方便后续设计，还需公用交易信息交换区和轨道交通专用信息区的设计。由于这两个区通常在应用中都有相关参考设计，形式也类似，且参考其它地方规范都会有很详细的解释，故这里不再赘述。

表1　公共信息组字段定义

表2　卡类型编码组字段定义

表3　有效期组字段定义

3　固定交易流程处理设计

原有AFC系统车票复合交易流程必须与车票类型一一对应。固定交易流程后无论是进站、出站还是更新的复合交易流程，都只对应一个车票类型处理流程。票卡类型根据用途和功能划分设计为主卡和子卡，逻辑处理流程也遵循这两部分完成相关设计。主卡和子卡交易流程包括卡片逻辑处理主流程、主卡逻辑处理流程；子卡逻辑处理流程三个部分。

卡片逻辑处理主流程，是固定交易流程的入口部分，实现对票卡类型信息中的发行状态、启用状态、主卡类型、子卡类型、有效期等公共信息进行有效性检查。在确定卡片信息有效后，再根据有效期和卡片状态信息选择执行主卡逻辑或是子卡逻辑处理流程。卡片逻辑处理流程不会对主卡和子卡的内部信息进行有效性检查，可减少各流程间的耦合程度。当出现不满足继续处理的异常时，会退出当前逻辑处理流程。而进站、出站、更新、年检等用例设计均放在主卡和子卡逻辑处理流程中实现，还可根据不同的用例再细分流程。

固定交易处理流程的总体流程如图1所示。在进入交易逻辑处理后，由卡片逻辑主流程负责检查卡片生效状态、卡类型和有效期等有效性信息。通过有效性检查后，再根据票卡类型条件选择执行主卡类型或子卡类型交易处理。限于篇幅，主卡和子卡逻辑处理流程不再重复描述。

4　逻辑验证和演示

逻辑验证过程可测试理论设计是否达到预期效果。演示测试程序如图2所示。测试程序模拟天津地铁1号线双林站至刘园站的闸机进、出过程，并测试各类票种的运行结果。

篇幅所限，现仅以储值票为例进行逻辑验证和演示。测试程序已经实现交易处理和界面示意功能。图3是储值票的参数设置。

图4和图5是普通储值票模拟刷卡的部分截图。固定交易流程按照普通储值票设定的参数执行进、出站处理。测试结果显示，储值票进出站费率正确，折扣正确；交易指针循环增加无异常；交易记录显示正常；重复进出站检查结果反馈正确；轨道交通专用区信息更新正确。异常测试中，可正确处理重复进、出站的异常情况。

同样模拟各种票卡类型用例的结果证明，新型卡结构能完全满足现有用例需求，可实现多类不同性质票种的开发，在合理运用交易逻辑特性的前提下能实现较复杂的卡片应用特征设计。固定交易流程在测试过程中表现良好，对卡片类型参数的执行过程较为顺利，在错误条件检查方面能够反映出足够的容错特性。在遍历参数范围的测试中，没有出现逻辑分支无法到达的情况。各类用例在固定交易流程中，均能按照需求的特点顺利执行全部流程并生成结果，达到设计之初所期望的要求。交易流程在处理公共区域信息上也满足实际使用要求，可以实现兼容设计。

图1　固定交易处理流程总体流程

图2　演示测试程序界面

图3　储值票参数设置

图4　储值票交易处理

图5　储值票轨道交通信息区

5　结语

综上所述，本文设计的固定卡片类型结构和交易流程能实现动态设定票卡类型及灵活发行票种的目的，达到了设定的目标，能满足现有轨道交通各类票卡的灵活发行。

经过理论设计和验证测试，固定卡片类型结构已满足现有轨道交通常用票卡类型的设计需求，基本覆盖了基础票卡类型的各个行为特征和参数范围，可提供各类参数的检查条件和处理顺序要求。在票卡类型结构基础上实现的交易流程设计，能满足现有各类票卡类型的逻辑处理要求。票卡类型处理结果的验证，证明交易流程符合票卡特征处理要求，且在容错方面有较好的设计思路。

演示程序所提供的票卡设计界面能保证实际运营单位只需通过简单的符合逻辑的参数设定，就能开发出满足实际所需的票卡类型。通过演示程序，可基本测试票卡的使用过程，展示出对费率和行为等的各项特征测试结果。只需稍作培训，运营单位的维护人员即可掌握票种的设计方法和测试流程。

固定卡片类型结构和交易流程设计的应用前景较为乐观。以目前的金融IC卡和手机支付发展趋势判断，未来的小额支付系统将打破现有以城市为单位的局部消费模式，逐步转向省级甚至是国家级范围的移动支付模式。在这种发展趋势下，现有的以城市一卡通为主的票卡结构设计将很难实现未来的移动支付卡片结构的落地设计。各城市的设计标准很难达到统一，这导致国家级的交易联网清算，甚至是国家级的互联互通都面临着巨大的挑战。而本文所提出的设计思路，可从根本上解决这一问题。银行或者移动运营商只需发行卡片，并构建票卡结构即可；而车票类型则在当地轨道交通（或者是小额支付）进行参数类型初始化。由于票卡类型和处理流程是标准的，其生成的交易也是规范的，故可实现国家级的统一清算。如果需要多城市互联互通，则各城市只需明确互通的票卡类型编码参数，就可在读卡器终端实现互联。

可见，本文所提出的设计思路如能借助当前小额支付介质的发展势头，则可为运营公司节约大量的开发费用，能有效缩短票种上线时间，简化城市间互联互通难度，为下一代支付系统设计做好理论研究。

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Structure and Fixed Process Design of the AFC System in Urban Rail Transit

Wang Cong

Technologies commonly used today are difficult to achieve rapid design and issue of ticket species in AFC system.In this paper a new type of card with creative design ideas and design principle is proposed to cover the shortage in the existing card design and processing.The parameters of card types are divided into 6 groups，ticket information is described on the basis of the combination of all the information in each group.This new type of card could solve the development issues and fund shortage，help the companies to save a lot of operational development cost，and effectively shorten the on-line time of new ticket types.

urban rail transit；AFCsystem；card structure；transaction processing；template parameters

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2016.03.024

（2014-08-04）